Collaborative Research: IDR-Model-based Feedback Control of Transient Growth in a Laminar Boundary Layer: Bridging the Gap between CFD and Experiments

合作研究:基于 IDR 模型的层流边界层瞬态生长反馈控制:弥合 CFD 与实验之间的差距

基本信息

  • 批准号:
    0932546
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.07万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2013-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research award is the elimination or weakening of disturbances during the linear stage of roughness-induced transient growth.This collaborative research is motivated by feedback control of the transient growth of disturbances that cause the boundary layer to transition from a laminar to turbulent state over a rough surface or beneath a turbulent freestream. In particular, the research seeks to address open fundamental challenges in the path of attaining model-based feedback control of transient growth in a Blasius boundary layer based on closely coupled experiments and computations. The basis for the control is balanced-truncation low-order dynamical modeling of the fluid dynamics equations based on Balanced Proper Orthogonal Decomposition (BPOD) and eigensystem realization algorithm (ERA) coupled with arrays of wall-shear-stress sensors and plasma actuators. This research is multidisciplinary involving fluid dynamics, feedback control and dynamical systems. The direct impact of this research will be to experimentally demonstrate multi-modal, bypass-transition feedback control based on reduced-order flow estimation, modeling of the governing equations and distributed sensing and actuation. If successful the proposed research will have significant impact on energy conservation and environmental protection in a host of engineering applications. These include, but are not limited to, transport systems, propulsion and power generation systems, and long pipe lines. This study will educate Ph.D. students, involve undergraduate students in research, and outreach to K-12 students.
该研究奖的目的是消除或减弱粗糙度引起的瞬态增长线性阶段的扰动。这项合作研究的动机是对扰动瞬态增长的反馈控制,该扰动导致边界层从层流过渡到湍流在粗糙的表面上或在湍急的自由流下的状态。特别是,该研究旨在基于紧密耦合的实验和计算,解决 Blasius 边界层瞬态增长的基于模型的反馈控制路径中的开放性基本挑战。 控制的基础是基于平衡本征正交分解 (BPOD) 和特征系统实现算法 (ERA) 的流体动力学方程的平衡截断低阶动力学建模,并结合壁剪切应力传感器和等离子体执行器阵列。这项研究是多学科的,涉及流体动力学、反馈控制和动力系统。这项研究的直接影响将是通过实验证明基于降阶流量估计、控制方程建模以及分布式传感和驱动的多模态旁路转换反馈控制。如果成功,拟议的研究将对许多工程应用中的节能和环境保护产生重大影响。这些包括但不限于运输系统、推进和发电系统以及长管道。这项研究将培养博士学位。学生,让本科生参与研究,并向 K-12 学生进行推广。

项目成果

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